Системы накачки. 
Электроника

В лазерах рассматриваемого типа в основном используется оптическая накачка. Системы накачки включают в себя источник света и оптическую систему, которая с минимальными потерями транспортирует световую энергию в активную среду.

Источники света.

Наиболее интенсивные полосы поглощения большинства активных сред находятся в видимой части спектра и соседних участках ИК и УФ диапазонов. Спектр излучения источника всегда находится в области частот, больших частоты излучения лазера, т. е. излучение лампы накачки смещено в более коротковолновую часть спектра. В силу этого для генерации лазерного излучения в видимом диапазоне необходимо, чтобы лампа накачки излучала свет в области фиолетовых и УФ длин волн. Для этого требуются источники с высокой температурой поверхности, поскольку согласно закону Стефана — Больцмана полная мощность Е_т (интегральная по спектру) с единицы поверхности абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его температуры:

Длина волны, соответствующая максимуму излучения, определяется законом смещения Вина и обратно пропорциональна температуре абсолютно черного тела. Под абсолютно черным телом понимается идеальное тело, которое поглощает все падающее на тело электромагнитное излучение. Излучения реальных тел всегда несколько отличаются от закона излучения абсолютно черного тела, но с достаточной для практических целей точностью излучение реальных источников света может рассматриваться как излучение черного тела с некоторой эффективной температурой.

Максимум спектральной плотности потока излучения черного тела, в соответствии с формулой Планка, при температуре ~ 3000 К приходится на ИК диапазон. Подобные источники могут быть использованы для возбуждения таких кристаллов, как Са¥₂: Эу²⁺ и УАИ: Ы<3³⁺, имеющих полосы поглощения в ближней ИК области. При увеличении эффективной температуры источника согласно закону Вина максимум в спектре излучения смещается в коротковолновую область. Расчеты и эксперименты показывают, что спектральный максимум на длине волны 560 нм наблюдается при температуре около 6500 К, а на длине волны 410 нм— при 10 000 К. Указанные полосы характерны для спектра поглощения рубина, широко используемого в твердотельных лазерах. Суммарное значение эффективности (КПД) для двух указанных полос составляет в максимуме излучения около 30%. Эффективные температуры излучения порядка.

5000… 15 000 К реализуются в газоразрядной плазме, в силу чего газоразрядные лампы получили широкое распространение среди источников накачки твердотельных лазеров.

Наиболее важными параметрами таких источников являются КПД, спектральный состав излучения, предельно допустимая мощность (энергия). КПД лазера г|_л определяется как отношение излучаемой энергии У_Л к потребляемой электрической энергии т. е. Г|_л = №_л/'№_е.

Как правило, для накачки твердотельных лазеров используются импульсные газоразрядные лампы, заполненные ксеноном или парами ртути, либо галогенные лампы накаливания, в которых лампа заполняется парами иода или фтора, либо смесью различных галогенов. Наиболее распространены лампы с йодным циклом. Галогенные лампы в основном используются для накачки в непрерывном режиме. Галогены восстанавливают накальную нить и предотвращают ее распыление. В процессе горения лампы при высокой температуре происходит распыление вольфрамовой нити. В результате происходит затемнение поверхности стеклянного баллона за счет оседания распыленного вольфрама. Галогены вступают в реакцию с парами.

Рис. 20.2.

Рис. 20.3.

Рис. 20.4.

вольфрама, и образующееся соединение возвращается на нить, где происходит восстановление вольфрама.

На рис. 20.2, 20.3, 20.4 приведены характерные спектры излучения газоразрядных ламп: ртутной (при различных давлениях паров ртути), ксеноновой и лампы накаливания с йодным циклом (при различных напряжениях накала 17).